Характер Физических Законов

"Вот что мне пришло в голову. Может быть, все это вертится, может, это шары из камня или что-нибудь в этом роде, и их движение можно рассчитывать совсем иначе, не просто, как время их появления на небе".

"Хорошо, - отвечает ему астроном, - а с какой точностью это позволит нам предсказывать затмения?"

"До этого я еще не дошел", - говорит молодой человек.

"Ну, а мы можем вычислять затмения точнее тебя, - отвечает ему астроном, - так что не стоит дальше возиться с твоими идеями, ведь математическая теория, очевидно, лучше".

И практически каждый раз, когда у кого-нибудь появляется свежая идея сегодня и он говорит: "А может быть, все происходит вот так", - ему спешат возразить: "А какое решение такой-то и такой-то задачи у вас тогда получится?" - "Ну, до этого я еще не дошел", - следует ответ. "А мы уже продвинулись гораздо дальше и получаем очень точные ответы". Как видим, нелегкая задача решить, стоит или не стоит задумываться над тем, что кроется за нашими теориями.

Еще один метод работы, конечно, состоит в выдумывании новых принципов. В теории гравитации Эйнштейн сверх всех остальных принципов придумал принцип, основанный на идее, что силы всегда пропорциональны массам. Он догадался, что если вы сидите в разгоняющемся автомобиле, то вы не сможете отличить свое состояние от того, в котором вы оказались бы в поле тяжести. Добавив этот последний принцип ко всем остальным, он смог правильно угадать уравнения гравитационного поля.

Я показал вам несколько различных путей новых открытий. Хотелось бы теперь сделать несколько дополнительных замечаний относительно их конечных результатов. Прежде всего, что же у нас получается после того, как все кончено и мы построили некоторую математическую теорию, позволяющую предсказывать результаты экспериментов?

Вот тут-то и начинаются чудеса. Для того чтобы решить, что произойдет с атомом, мы составляем правила со значками, нарисованными на бумаге, вводим их в машину, в которой имеются переключатели, включающиеся или выключающиеся каким-то сложным образом, а результат говорит нам о том, что должно произойти с атомом! Если бы законы, по которым включаются и выключаются все эти переключатели, были какой-то моделью атома, если бы мы считали, что в атоме есть аналогичные переключатели, я бы сказал, что я еще более или менее понимаю, в чем тут дело. Мне лично кажется чрезвычайно удивительным, что прогнозировать можно, пользуясь математикой, т.е. просто следуя определенным правилам, не имеющим никакого отношения к тому, что происходит в действительности. Включение и выключение переключателей в вычислительной машине ничем не напоминает того, что в действительности происходит в природе.

Один из самых важных моментов в этой последовательности "догадка - вычисление следствий - сравнение с результатами экспериментов" заключается в том, чтобы знать, где вы правы. Об этом можно догадываться гораздо раньше, чем рассчитаны все следствия. Истину можно узнать по простоте и изяществу. Чаще всего узнать, правильна ваша догадка или нет, нетрудно уже после двух-трех элементарных расчетов, позволяющих убедиться в том, что она не очевидно неправильна. Если вам повезло, это сразу бросается в глаза (по крайней мере если у вас есть опыт), так как чаще всего приходится не столько добавлять, сколько отбрасывать. Ваша догадка, в сущности, состоит в том, что нечто– очень простое.

Если вы не видите сразу же, что это неверно, и если так оказывается проще, чем раньше, - значит, это верно. Правда, простые теории предлагают и неопытные люди или безудержные фантазеры, но здесь сразу ясно, что они неверны, так что это в счет не идет. Другие же, например неопытные студенты, высказывают очень сложные догадки, и им кажется, что все правильно, но я знаю, что это не так, ибо истина всегда оказывается проще, чем можно было бы предположить.

Что нам действительно нужно, так это воображение, но воображение в надежной смирительной рубашке. Нам нужно найти новую точку зрения на мир, которая должна согласоваться со всем, что уже известно, но кое в чем расходиться с нашими установившимися представлениями, иначе это будет не интересно. И расхождения должны соответствовать тому, что происходит в природе. Если вам удастся придумать точку зрения на мир, которая согласуется со всем тем, что уже выяснено, и приводит где-то к другим результатам в сомнительных областях, вы делаете великое открытие. Найти же теорию, которая согласуется с экспериментом, где справедливость существующих теорий уже установлена и в то же время приводит в других областях к каким-то новым выводам, даже если они не согласуются с результатами эксперимента, почти невозможно. Но только почти. Новые идеи придумывать очень трудно. Для этого требуется совершенно исключительное воображение.

Что же можно сказать о будущем этого увлекательного приключения? Чем же все это кончится? Мы угадываем все новые и новые законы. Сколько же их будет, в конце концов, этих новых законов?

Не знаю.

Некоторые из моих коллег говорят, что этот основной аспект нашей науки сохранится всегда. Но мне кажется, что трудно рассчитывать на постоянную смену старого новым, скажем в течение ближайших 1000 лет. Не может быть, чтобы это движение вперед продолжалось вечно и чтобы мы могли открывать все новые и новые законы. Ведь если бы это было так, то нам быстро надоело бы все это бесконечное наслоение знаний. Мне кажется, что в будущем произойдет одно из двух.

Либо мы узнаем все законы, т.е. мы будем знать достаточно законов, чтобы делать все необходимые выводы, а они всегда будут согласоваться с экспериментом, на чем наше движение вперед закончится.

Либо окажется, что проводить новые эксперименты все труднее и труднее, и все дороже и дороже, так что мы будем знать о 99,9% всех явлений, но всегда будут такие явления, которые только что открыты, которые очень трудно наблюдать и которые расходятся с существующими теориями, а как только вам удалось объяснить одно из них, возникает новое, и весь этот процесс становится все более медленным и все менее интересным. Так выглядит другой вариант конца. Но мне кажется, что так или иначе, но конец должен быть.

Нам необыкновенно повезло, что мы живем в век, когда еще можно делать открытия. Это как открытие Америки, которую открывают раз и навсегда. Век, в который мы живем, это век открытия основных законов природы, и это время уже никогда не повторится. Это удивительное время, время волнений и восторгов, но этому наступит конец. Конечно, в будущем интересы будут совсем другими. Тогда будут интересоваться взаимосвязями между явлениями разных уровней - биологическими и т.п. или, если речь идет об открытиях, исследованием других планет, но все равно это не будет тем же, что мы делаем сейчас.

Кроме того, в конце концов наступит время, когда все станет известным или дальнейший поиск окажется очень нудным, и тогда сами собой замолкнут кипучие споры по основным вопросам философии физики и исчезнет забота о тщательном обосновании всех тех принципов, о которых мы беседовали в этих лекциях. Наступит время философов, которые до этого стояли в стороне, делая лишь время от времени критические замечания. Тогда нам не удастся уже оттереть их, сказав: "Если бы вы были правы, нам удалось бы сразу открыть все остальные законы". Ведь как только все законы станут известны, они смогут придумать для них объяснение. Например, всегда находится объяснение трехмерности нашего мира. Ведь у нас всего один мир, и трудно сказать, верно это объяснение или нет, так что, если бы все было известно, наверняка нашлось бы какое-то объяснение, почему эти законы верны. Но это объяснение уже нельзя будет критиковать за то, что оно не дает нам двигаться дальше. Наступит время вырождения идей, вырождение того же сорта, которое знакомо географу - первооткрывателю, узнавшему, что по его следам двинулись полчища туристов.

В наши дни мы испытываем радость, огромную радость от того, что можем предвидеть, как будет вести себя природа в новых, еще никому не ведомых условиях. Эксперименты и информация об определенной области позволяют нам догадываться, что же произойдет в других, еще никем не исследованных районах. Между прочим, эти догадки очень часто совершенно отличны от того, что мы привыкли наблюдать, а для таких догадок требуется светлая голова.

Так чем же можно объяснить такую возможность? Почему природа позволяет нам по наблюдениям за одной ее частью догадываться о том, что происходит повсюду? Конечно, это не научный вопрос; я не знаю, как на него правильно ответить, и отвечу столь же ненаучно: мне кажется, причина в том, что природа проста, а потому прекрасна.